(57)【要約】【課題】材料がルーパーロールから離れるような状態に陥った場合でも、通板の安定化を優先し、操業を安全に行うためのルーパー制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数の連続した圧延機の上流側圧延機の速度を修正することでルーパー角度を目標値に制御するルーパー角度制御手段と、ルーパーのモータトルクを修正することで圧延機間の材料張力を目標値に制御する張力制御手段とを備え、ルーパー角度と圧延機間材料張力を協調的に目標値に制御するルーパー多変数制御を用いたルーパー制御装置において、ルーパー角度と材料張力が目標値に維持されているときのルーパートルク指令、または、ルーパー角度と圧延機間材料張力の実績値を保持する状態保持手段を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の連続した圧延機の上流側圧延機の速度を修正することでルーパー角度を目標値に制御するルーパー角度制御手段と、ルーパーのモータトルクを修正することで圧延機間の材料張力を目標値に制御する張力制御手段とを備え、ルーパー角度と圧延機間材料張力を協調的に目標値に制御するルーパー多変数制御を用いたルーパー制御装置において、
ルーパー角度と材料張力が目標値に維持されているときのルーパートルク指令、または、ルーパー角度と圧延機間材料張力の実績値を保持する状態保持手段を備えることを特徴とするルーパー制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のルーパー制御装置において、
張力異常やルーパー角度異常を検知する異常検出手段と、
前記ルーパー角度制御手段でルーパー角度のみを制御するルーパー高さ制御と、前記ルーパー多変数制御とを相互に切り替える制御装置切替手段とを備え、
前記異常検出手段が異常を検知し、前記制御装置切替手段がルーパー多変数制御からルーパー高さ制御に切り替える際には、設定計算時のルーパートルク指令に代えて、前記状態保持手段により保持したルーパートルク指令を用いることを特徴とするルーパー制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のルーパー制御装置において、
ルーパー高さ制御に切り替わった後、前記異常検出手段が異常を検知しなくなり、前記制御装置切替手段がルーパー高さ制御からルーパー多変数制御に切り替える際には、材料張力の目標値として、切替時の実績張力を初期値として与え、所定の時間で設定時の目標値に変更する目標値変更手段を備えることを特徴とするルーパー制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続に配置する複数の圧延機間に設置されたルーパー高さ、および、材料張力を任意の目標値に制御するルーパー制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からのルーパー制御装置としては、ルーパーの角度のみを制御するルーパー高さ制御装置、もしくはルーパー角度および圧延機間の材料張力の両方を協調的に制御するルーパー多変数制御装置が用いられている。
【０００３】
さらに、制御手法としては、ルーパー高さ制御装置においては通常、PID制御による方法が、ルーパー多変数制御装置においてはルーパーと材料張力の関係を数式モデル化して状態空間として表現し、これに対して、ある評価関数を最小化する最適制御理論による状態フィードバック制御を行う方法がそれぞれ広く用いられている。そして、ルーパー多変数制御装置では、材料張力を安定化することは材料の幅や厚みに影響を及ぼすため、ルーパー高さと材料張力の両方を目標値に制御することが多い。前者のルーパー高さ制御装置については、特開平５−３０５３２２号公報（特許文献１）に、後者のルーパー多変数制御装置については、特開２０００−２３７８１２号公報（特許文献２）に、それぞれ詳しく開示されている。
【０００４】
図２は、ルーパー高さ制御装置の一構成を示す図である。図中、１は圧延機（上流側）、２は圧延機（下流側）、３は高さ制御装置、４は高さ制御初期設定手段、９はルーパー角度、１６はルーパートルク指令、１７は速度修正量、３１はルーパー、３２はルーパー電動機、および３３は圧延機電動機を、それぞれ表す。
【０００５】
ルーパー角度９がある目標値に維持されるときに目標の材料張力となるルーパートルクを高さ制御初期設定手段４により事前に算出し、一定のルーパートルク指令１６をルーパー電動機３２に与えておく。そして、高さ制御装置３は、計測されたルーパー角度９をみながら、圧延機（上流側）１の圧延機電動機３３への圧延機速度修正量１７を逐次修正することでルーパーの角度のみを制御するようにしている。
【０００６】
図３は、ルーパー多変数制御装置の一構成を示す図である。図中、１は圧延機（上流側）、２は圧延機（下流側）、５は多変数制御装置、６は多変数制御初期設定手段、８は材料張力、９はルーパー角度、１２は多変数制御ルーパートルク修正量、１３は多変数制御ルーパー基準トルク、１６はルーパートルク指令、１７は速度修正量、３１はルーパー、３２はルーパー電動機、および３３は圧延機電動機を、それぞれ表す。
【０００７】
まず、制御開始時には、多変数制御初期設定手段６により目標角度での目標材料張力との釣り合いから多変数制御ルーパー基準トルク１３を算出して設定する。制御中は、実績のルーパー角度９、および、材料張力８から必要な操作出力であるルーパートルク指令修正量１２と速度修正量１７を多変数制御装置５で算出し、ルーパートルク指令修正量１２とルーパー基準トルク１３を足し合わせてルーパートルク指令１６が与えられ、速度修正量１７により圧延機（上流側）１の速度を修正する。
【０００８】
多変数制御装置５では、角度と張力の干渉を考慮した演算を行うコントローラを実装する。このコントローラの制御方法としては、クロスコントローラによる非干渉制御や、干渉は残したまま、ある評価関数を最小にする最適制御理論に基づく多変数制御などが従来から用いられており、どの方法を用いてもよい。多変数制御装置５により、制御動作中に大きな外乱、たとえば圧延機（上流側）１もしくは圧延機（下流側）２の速度そのもの、圧延機（上流側）１もしくは圧延機（下流側）２の圧下動作により材料速度変動が発生しても、最適な修正が逐次実施され、角度および張力を協調的に制御することで、通板の安定化が達成される。
しかしながら、修正能力を超えるような外乱の場合、材料がループ状態となり、ルーパーロールから材料が離れることにより、ハンチング状態となり、なかなか定常状態に落ち着かないことがある。これは、非干渉制御や最適制御理論に基づく多変数制御は、実物理現象を厳密に表現した数式モデルを必要とするため、上述のように物理的に材料が離れてしまうという、モデルで考慮されないまたは考慮しにくい状態に陥った場合には、本来持っている制御能力を十分に活かすことが非常に困難であるという理由による。このような問題に対して、例えば特公平７−８７９３６号公報（特許文献３）で開示された技術では、張力の変動により板ばなれを検知し、ループ量を小さくするように、圧延機ロール速度を修正することで張力を安定化するという解決が図られている。
【特許文献１】特開平５−３０５３２２号公報
【特許文献２】特開２０００−２３７８１２号公報
【特許文献３】特公平７−８７９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３で開示された技術では、張力の変動がループによるものか、張力演算を行うために取り付けられているロードセルなどの機器の故障によるものかは判断できない。そのため、最悪の場合には、張力制御自体が不能に陥って、ループの増大による圧延機への材料詰まり、もしくは過張力による材料破断という、能率・歩留の低下や設備破壊などの重大な被害が発生するという問題点がある。板離れをおこすような不平衡状態では、通板を安定させることが操業においては最優先とされるべきである。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、材料がルーパーロールから離れるような状態に陥った場合でも、通板の安定化を優先し、操業を安全に行うためのルーパー制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係る発明は、複数の連続した圧延機の上流側圧延機の速度を修正することでルーパー角度を目標値に制御するルーパー角度制御手段と、ルーパーのモータトルクを修正することで圧延機間の材料張力を目標値に制御する張力制御手段とを備え、ルーパー角度と圧延機間材料張力を協調的に目標値に制御するルーパー多変数制御を用いたルーパー制御装置において、ルーパー角度と材料張力が目標値に維持されているときのルーパートルク指令、または、ルーパー角度と圧延機間材料張力の実績値を保持する状態保持手段を備えることを特徴とするルーパー制御装置である。
【００１２】
また本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載のルーパー制御装置において、張力異常やルーパー角度異常を検知する異常検出手段と、前記ルーパー角度制御手段でルーパー角度のみを制御するルーパー高さ制御と、前記ルーパー多変数制御とを相互に切り替える制御装置切替手段とを備え、前記異常検出手段が異常を検知し、前記制御装置切替手段がルーパー多変数制御からルーパー高さ制御に切り替える際には、設定計算時のルーパートルク指令に代えて、前記状態保持手段により保持したルーパートルク指令を用いることを特徴とするルーパー制御装置である。
【００１３】
さらに本発明の請求項３に係る発明は、請求項２に記載のルーパー制御装置において、ルーパー高さ制御に切り替わった後、前記異常検出手段が異常を検知しなくなり、前記制御装置切替手段がルーパー高さ制御からルーパー多変数制御に切り替える際には、材料張力の目標値として、切替時の実績張力を初期値として与え、所定の時間で設定時の目標値に変更する目標値変更手段を備えることを特徴とするルーパー制御装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、ルーパー角度と材料張力を目標値に制御するルーパー多変数制御中に、ルーパーロールから材料が離れるような異常状態が発生した場合でも、異常検出手段により通板を優先した制御に切り替えるようにしたので、安定した通板状態に戻すことが可能となる。また、再度、多変数制御に切り替える場合にも、目標値を変更する手段を備えることで、安定した制御の切替が可能となり全長を通して安定した通板を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を実施するための最良の形態を、以下図面および数式を用いて説明を行う。図１は、本発明を実施するための制御装置と圧延機の構成の一例を示したブロック図である。図中、１は圧延機（上流側）、２は圧延機（下流側）、３は高さ制御装置、４は高さ制御初期設定手段、５は多変数制御装置、６は多変数制御初期設定手段、７はルーパー異常検出手段、８は材料張力、９はルーパー角度、１０は高さ制御速度修正量、１１は多変数制御速度修正量、１２は多変数制御ルーパートルク修正量、１３は多変数制御ルーパー基準トルク、１４は高さ制御ルーパー基準トルク、１５は制御切替指令、１６はルーパートルク指令、１７は速度修正量、１８はルーパートルク切替器、１９は速度切替器、２０は多変数制御ルーパートルク指令、２１は高さ制御ルーパートルク指令、２２は状態保持手段、２３はトルク修正量、２４は目標値変更手段、３１はルーパー、３２はルーパー電動機、および３３は圧延機電動機をそれぞれ表している。なお、図２および図３と同じものは、同じ符号を付してある。
【００１６】
圧延機は通常５〜７スタンドで構成されるが、本発明に係る装置は２スタンド間の状態を考えれば容易に他スタンドにも拡張可能であるため、ここでは２スタンドのみの状態を考えることにする。次に、圧延材が通板中の本発明によるルーパー制御装置の動作について説明する。
【００１７】
まず、制御開始時において圧延材の情報(厚み、幅)および目標角度、張力から高さ制御初期設定手段４で高さ制御ルーパー基準トルク電流１４を、および多変数制御初期設定手段６により多変数制御ルーパー基準トルク電流１３を決定する。つぎに、トルク切替器１８により、通常は多変数制御ルーパー基準トルク電流１３を、ルーパートルク指令１６として設定する。
【００１８】
さらに制御中においては、ルーパー角度９と材料張力８から多変数制御装置５により演算されたルーパートルク電流修正量１２と前記のルーパー基準トルク１３を足しあわした多変数制御ルーパートルク電流指令２０がルーパートルク指令１６として与えられる。それと同時に多変数制御装置５では、圧延機速度の速度修正量１１が演算され、速度切替器１９を通してルーパー速度修正量１７として与えられる。これら2つのルーパートルク指令１６とルーパー速度修正量１７を以って、ルーパーの角度９と材料の張力８を目標値に協調的に制御するものである。
【００１９】
また、この多変数制御実施中は、状態保持手段２２において、ルーパー角度９および材料張力８が十分安定した状態におけるルーパートルク指令１６、または、ルーパー角度と圧延機間材料張力の実績値を保持する。この状態保持手段２２では最新の値に常時更新するが、その方法はたとえば、それぞれの目標値(角度、張力)と実績値(角度、張力)との差がある範囲内であれば安定とみなすものとする。そして、その保持対象とする期間は、制御周期において直前の状態でなく少し前、たとえば1秒から数秒前までの状態を平均化処理を施して、状態保持手段２２で保持することが考えられる。
【００２０】
異常検出手段７において異常が検知された場合、たとえば、角度および張力の実績値と目標値との差が設定範囲外のときは、ルーパートルク切替器１８および速度切替器１９により、高さ制御装置３の演算結果に制御出力が切り替わる（図中の１８および１９のスイッチが下側に切り替わる）。
【００２１】
このとき、本実施形態では、状態保持手段２２で保持されたルーパートルク指令１６と、高さ制御初期設定手段４によるルーパー基準トルク１４との差を、トルク修正量２３としてルーパー基準トルク電流１４に加算し、高さ制御ルーパー基準トルク電流２１としてルーパートルク指令１６とする。このようにすることで、ルーパー高さ制御におけるモデルと実材の差を補正し、制御切替後の角度が安定したときの張力の実績と目標との差を減少させる効果が期待できる。
【００２２】
次に、ルーパー高さ制御装置３により、ルーパー角度を十分安定させた状態で、異常検出手段７が正常と判断した場合は、再度、トルク切替器１８および速度切替器１９が多変数制御装置５に切替える（図中の１８および１９のスイッチが上側に切り替わる）。このとき、目標値変更手段２４では、張力の目標値を、以下に示す（１）式のように切替時の張力の実績値を初期値として、所定の時間で設定時の目標張力の値（多変数制御で正常復帰した時の目標張力）になるように与える。
【００２３】
【数１】
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【００２４】
目標値変更時間Tおよび制御周期τは、対象によって異なるが、例えばT＝２sec、τ＝２０msecのようにする。
【００２５】
図４は、本発明の働きを模式的に示した図である。図中の最下段で、領域Aで示す多変数制御にて正常な制御が行われていたところ、１の時点で異常が検知され多変数制御から高さ制御に切り替り（領域B）、さらに２の時点で異常が検知されなくなり再度多変数制御に切り替り、所定の期間（上述の目標値変更時間T）に張力目標が変更され（領域C）、その後（３の時点で）正常な多変数制御に復帰（領域D）した場合を示している。
【００２６】
図中の最上段では、目標張力（点線）と実績張力（実線）の推移を表している。実績張力は、領域Aまでは多変数制御が正常に作動しており目標張力に追随しているものの、２の時点以降の、多変数制御から高さ制御（張力は制御しない）に切り替った途端に大きく変化している。さらに、３の時点で多変数制御に切り替り、目標張力がリニヤに当初の正常な時の目標張力まで変化するのにともなって、実績張力は上手くリニヤに追随しており、正常な状態に復帰した領域Dでは、一定値である目標張力（設定時の目標張力）に制御されている。図中の真中段では、実績角度の推移を示しており、２の時点で多変数制御から高さ制御に切り替った途端に大きく変化してはいるものの、高さ制御が効いてきてある時間経過後に大きな変化も制定している（ルーパーロールから材料が離れるような異常状態を高さ制御が解消している）のが分かる。
【００２７】
以上のように、リニヤに変化する張力の目標値を与えることによって、制御切替時の急激な動作を抑え、安定した通板を確保することが可能となる。また、先に述べたように、ルーパー高さ制御のトルク指令に実績値を用いて、目標張力との誤差を縮めておくことで、ルーパー多変数制御切替後の目標値への追従時間も短縮できる効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を実施するための制御装置と圧延機の構成の一例を示したブロック図である。
【図２】ルーパー高さ制御装置の一構成を示す図である。
【図３】ルーパー多変数制御装置の一構成を示す図である。
【図４】本発明の働きを模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    圧延機（上流側）
２    圧延機（下流側）
３    高さ制御装置
４    高さ制御初期設定手段
５    多変数制御装置
６    多変数制御初期設定手段
７    ルーパー異常検出手段
８    材料張力
９    ルーパー角度
１０  高さ制御速度修正量
１１  多変数制御速度修正量
１２  多変数制御ルーパートルク修正量
１３  多変数制御ルーパー基準トルク
１４  高さ制御ルーパー基準トルク
１５  制御切替指令
１６  ルーパートルク指令
１７  速度修正量
１８  ルーパートルク切替器
１９  速度切替器
２０  多変数制御ルーパートルク指令
２１  高さ制御ルーパートルク指令
２２  状態保持手段
２３  トルク修正量
２４  目標値変更手段
３１  ルーパー
３２  ルーパー電動機
３３  圧延機電動機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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